海灘巖微生物介導(dǎo)的膠結(jié)作用研究取得新認(rèn)識
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室助理研究員張喜洋和副研究員楊紅強(qiáng)與中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所等合作者在海灘巖膠結(jié)作用研究上取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際地學(xué)TOP期刊《古地理學(xué)，古氣候?qū)W，古生態(tài)學(xué)》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。
海灘巖是碳酸鹽礦物膠結(jié)海灘沉積物形成的海岸帶沉積巖，其快速強(qiáng)烈的膠結(jié)作用可減少海平面上升造成的海岸侵蝕，有效保護(hù)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)。因此，對海灘巖膠結(jié)機(jī)理的研究可為海岸帶護(hù)岸工程提供生態(tài)、綠色、環(huán)保的解決思路。
海灘巖膠結(jié)作用長期存在無機(jī)和有機(jī)成因的爭議。早期學(xué)者普遍認(rèn)為單純的物理化學(xué)過程如蒸發(fā)、咸-淡水混合和CO2排氣作用可以導(dǎo)致孔隙海水對碳酸鹽礦物過飽和并誘發(fā)沉淀。近年研究強(qiáng)調(diào)海灘巖中微生物新陳代謝可誘導(dǎo)碳酸鹽礦物沉淀，然而一直缺乏關(guān)鍵證據(jù)。
研究人員在西沙群島全富島海灘巖中發(fā)現(xiàn)大量具有鈣化膠鞘的藍(lán)細(xì)菌Lyngbya(鞘絲藻屬)，Calothrix(眉藻屬)和Dichothrix(雙須藻屬)活體細(xì)胞。菌絲膠鞘由微米級高鎂方解石有機(jī)礦物組成，晶型涵蓋從無定型到短棒狀和片狀；藍(lán)細(xì)菌的光合作用是誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀的主要機(jī)制，光合作用引起周圍孔隙水堿度升高，碳酸鈣礦物過飽和，繼而在胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS）上結(jié)晶；藍(lán)細(xì)菌死后，碳酸鈣雛晶隨著細(xì)胞有機(jī)質(zhì)的分解散落粒間孔隙，晶體在有機(jī)和無機(jī)作用下快速生長，最終膠結(jié)海灘顆粒物。
該研究證實(shí)了海灘巖巖生微生物中具EPS結(jié)構(gòu)的藍(lán)細(xì)菌對海灘巖早期膠結(jié)作用的貢獻(xiàn)，是海灘巖微生物成因理論的重要補(bǔ)充。
本研究得到廣東省南方海洋科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室（廣州），中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)，國家自然科學(xué)基金，國家科技基礎(chǔ)資源調(diào)查項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息：Zhang X Y, Li Y, Sun F L, Tan F, Shi Q, Yan H Q, Wang G, Yang H Q*. Insights into microbially mediated cementation in modern beachrock in the Xisha Islands, South China Sea. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2022, 592, 110904. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2022.110904
海灘巖中藍(lán)細(xì)菌誘導(dǎo)的高鎂方解石生長過程圖
